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3.5 Resultados das simula¸c˜oes

3.5.1 Simula¸c˜oes do α-MRAC monovari´avel

Caso 1: Planta de primeira ordem com um parˆametro desconhecido (kp):

G0(s) = kp s + 1 = 0.5 s + 1. (3.110) Parˆametros ideais: θ∗ = 2; k p = 0.5.

Caso 2: Planta de primeira ordem com dois parˆametros desconhecidos (kp e ap): G0(s) = kp s + ap = 0.5 s . (3.111) Parˆametros ideais: θ∗T = [−2 2] ; ||θ|| = 2.828 ; k p = 0.5.

Caso 3: Planta de segunda ordem com quatro parˆametros desconhecidos (kp, a0, a1 e b0):

G0(s) = kp(s + b0) s2+ a 1s + a0 = (s + 6) s(s − 1). (3.112) Parˆametros ideais: θ∗T = [−5 − 3 2 1]; ||θ|| = 6.245 ; k p = 1.

Caso 4: Planta de terceira ordem com seis parˆametros desconhecidos (kp, a0, a1, a2, b0 e b1):

G0(s) = kp(s2+ b1s + b0) s3+ a 2s2+ a1s + a0 = (s + 0.5)(s + 2) (s − 0.1)3. (3.113) Parˆametros ideais: θ∗T = [0 − 0.5 − 3.3 2.3 3.63 1]; ||θ|| = 5.532; k p = 1.

Em todos os casos o modelo de referˆencia adotado foi

Wm(s) =

1 s + am

= 1

s + 1. (3.114)

Simula¸c˜ao 1 - Caso 1 com o algoritmo MRAC padr˜ao

Os seguintes dados foram usados:

e0(0) = 2 , θ(0) = 0 , γ = 10 , 100 , r(t) = 1 .

Os resultados desta simula¸c˜ao s˜ao apresentados na figura 3.3. Este ´e o exemplo mais simples de controle adaptativo, onde o ganho de alta frequˆencia kp´e o ´unico parˆametro

da planta desconhecido. Entretanto, mesmo assim grandes oscila¸c˜oes em e0(t) e θ(t)

s˜ao observadas para o MRAC. ´E conveniente achar a solu¸c˜ao anal´ıtica do sistema para mostrar os efeitos dos parˆametros de projeto no comportamento transit´orio. Visto que o sinal de referˆencia r(t) ´e um degrau unit´ario, a dinˆamica do sistema ´e descrita pelo

sistema de equa¸c˜oes diferenciais lineares

˙e0(t) = −e0(t) + 0.5˜θ(t) ,

˙˜θ(t) = −γe0(t)r(t) = −γe0(t).

Usando a transformada de Laplace, obtemos a seguinte solu¸c˜ao

e0(s) =

e0(0)s + 0.5θ(0) − 1

s2+ s + 0.5γ . (3.115)

Os p´olos do sistema s˜ao −0.5 ± 0.5√1 − 2γ. Ent˜ao o ganho de adapta¸c˜ao γ somente influencia a frequˆencia de oscila¸c˜ao, como confirma a simula¸c˜ao. Verifica-se tamb´em que a atenua¸c˜ao ´e definida pelo parˆametro do modelo am = 1.

Nota-se que o sistema oscila mesmo para e0(0) = 0. Neste caso, teoricamente,

uma simples medida de e0 seria suficiente para estimar kp corretamente. Entretanto, o

esquema de adapta¸c˜ao n˜ao utiliza esta informa¸c˜ao.

Simula¸c˜ao 2 - Caso 1 com o algoritmo α-MRAC

Exceto para os parˆametros introduzidos pelo algoritmo α-MRAC, os dados usados s˜ao os mesmos da simula¸c˜ao 1:

e0(0) = 2, θ(0) = 0, γ = 10, 100, r(t) = 1,

ˆ

e0(0) = 2, α = 1, τ = 0.1, 0.01, ε = 0.1, 0.01.

A figura 3.4 mostra os resultados obtidos com o algoritmo α-MRAC, para dois conjuntos de parˆametros de projeto: {τ = 0.1, γ = 10} e {τ = 0.01, γ = 100} ou ε = 0.1, 0.01.

A melhora da resposta transit´oria do erro do rastreamento ´e not´avel, em ambos os casos, quando comparado com os resultados da simula¸c˜ao 1 com o algoritmo MRAC.

Para ajudar na compreens˜ao dos efeitos dos parˆametros de projeto do α-MRAC no comportamento transit´orio, podemos novamente obter a solu¸c˜ao anal´ıtica do sistema.

O sistema ´e ainda linear e as equa¸c˜oes dinˆamicas s˜ao,

˙e0(t) = −e0(t) + 0.5˜θ(t),

˙˜θ(t) = −γe0(t) − γf(t),

τ ˙f (t) = −f(t) + 0.5˜θ(t).

Usando a transformada de Laplace obtemos a seguinte solu¸c˜ao,

e0(s) =

[τ e0(0)]s2+ [e0(0) + 0.5τ θ(0) − τ]s + [0.5θ(0) + 0.5γ(1 − τ)ˆe0(0) − 1]

τ s3+ (τ + 1)s2+ (1 + 0.5τ γ + 0.5γ)s + γ ,

(3.116) a qual ´e muito mais complexa que no exemplo anterior. Note que, um grau de liber- dade extra foi introduzido pelos novos parˆametros. O efeito de aumentar γ ´e agora totalmente diferente. Verifica-se facilmente que quando γ → ∞, dois p´olos e dois zeros tendem a infinito, logo a dinˆamica lenta do sistema ´e descrita pela fun¸c˜ao,

e0(s) = 0.5(1 − τ)ˆe0

(0)

0.5(1 + τ )s + 1, (3.117)

a qual confirma os resultados te´oricos desenvolvidos na subse¸c˜ao 3.4.1.

Simula¸c˜ao 3 - Caso 1 com o algoritmo α-MRAC: Efeito do

ganho α

Todos os dados s˜ao os mesmos da simula¸c˜ao 2, exceto pelo valor alto atribuido para o ganho α:

e0(0) = 2, θ(0) = 0, ε = 0.1, 0.01, r(t) = 1,

ˆ

e0(0) = 2, α = 100.

Lembrar que ε = τ = γ−1.

Com o aumento do ganho α, o coeficiente k1, dado em (3.79) tende a zero, e consequen-

temente o sinal de erro do controle ¯˜θT(t)w(t) em (3.78), aproxima-se de zero. Visto que

neste caso somente um parˆametro ´e adaptado, ent˜ao a solu¸c˜ao ´e obtida com θ ∼= θ∗, isto ´e, a identifica¸c˜ao de kp pode ser feita rapidamente aumentando α. Os resultados

desta simula¸c˜ao s˜ao mostrados na figura 3.5. O efeito de uma alta constante de tempo τ do filtro ´e n˜ao reduzir o comportamento oscilat´orio de θ, como pode ser observado no gr´afico. A resposta transit´oria do erro de rastreamento, neste caso, ´e pouco afetada pelo parˆametro τ .

Simula¸c˜ao 4 - Caso 2 com MRAC padr˜ao

Os seguintes dados foram usados nesta simula¸c˜ao:

e0(0) = 2, 10, θ(0) = 0, γ = 1, r(t) = −sqw(t/100) + sin(t).

onde sqw(t/T ) ´e uma onda quadrada de amplitude 1 e per´ıodo T . A figura 3.6 mostra os resultados obtidos com o MRAC padr˜ao. Mesmo neste caso simples, baseado em uma planta de primeira ordem, podemos observar a n˜ao uniformidade do transit´orio em rela¸c˜ao `as condi¸c˜oes iniciais. Para e0(0) = 2, o transit´orio ´e mais r´apido e os

parˆametros s˜ao praticamente identificados ap´os 10 segundos. Entretanto, para e0(0) =

10, o transit´orio ´e drasticamente degenerado mesmo com persistˆencia de excita¸c˜ao.

Simula¸c˜ao 5 - Caso 2 com o α-MRAC

Os dados usados s˜ao:

e0(0) = 2, 10, θ(0) = 0, ε = 0.1, r(t) = −sqw(t/100) + sin(t),

ˆ

e0(0) = 2, 10, α = 1.

Esta simula¸c˜ao foi realizada nas mesmas condi¸c˜oes da simula¸c˜ao 4. A figura 3.7 mostra os resultados. Mesmo para um ganho de adapta¸c˜ao baixo e τ = 0.1, a melhoria do comportamento transit´orio obtido pelo algoritmo α-MRAC ´e significativo.

Simula¸c˜ao 6 - Caso 3 com o MRAC padr˜ao

Os dados usados s˜ao:

A figura 3.8 mostra os resultados. Neste caso, o algoritmo tem que adaptar qua- tro parˆametros. Aqui, podemos tamb´em observar que com o aumento do ganho de adapta¸c˜ao γ, a norma ||θ|| estabiliza num valor acima de ||θ∗|| no est´agio inicial do

transit´orio.

Simula¸c˜ao 7 - Caso 3 com o α-MRAC

Os dados usados s˜ao:

e0(0) = 2, θ(0) = 0, ε = 0.1, 0.01, r(t) = 0.5 + sqw(t/10),

ˆ

e0(0) = 2, α = 1.

A figura 3.9 mostra os resultados. O α-MRAC, neste caso, tamb´em apresenta uma consider´avel melhoria do transit´orio, mesmo na ausˆencia de riqueza de sinal para a entrada externa de referˆencia. O sinal oscilat´orio mostrado na figura foi obtido com os parˆametros de projeto γ = 10 e τ = 0.1. Para γ = 100 e τ = 0.01, isto ´e ε = 0.01, o comportamento transit´orio resultante ´e muito pr´oximo ao previsto na subse¸c˜ao 3.4.1.

Simula¸c˜ao 8 - Caso 3 com o α-MRAC: Efeito da condi¸c˜ao inicial

ˆ

e

0

(0)

Os dados usados s˜ao:

e0(0) = 2, θ(0) = 0, ε = 0.1, r(t) = 0.5 + sqw(t/10),

ˆ

e0(0) = 2, 2, 3, α = 1.

A figura 3.10 mostra os resultados. O objetivo deste exemplo ´e ilustrar o efeito da condi¸c˜ao inicial do filtro de avan¸co ˆe0(0), no comportamento transit´orio. Para cada

Simula¸c˜ao 9: Caso 4 com o MRAC padr˜ao

Os dados usados s˜ao:

e0(0) = 2, θ(0) = 0, γ = 10, 100, r(t) = 0.5 + sqw(t/10) + 1.5 sin(10t).

A figura 3.11 mostra os resultados desta simula¸c˜ao. Neste exemplo, a resposta tran- sit´oria obtida com o MRAC padr˜ao ´e muito oscilat´oria.

Simula¸c˜ao 10: Caso 4 com α-MRAC

Os dados usados s˜ao:

e0(0) = 2, θ(0) = 0, ε = 0.1, 0.01, r(t) = 0.5 + sqw(t/10) + 1.5 sin(10t)

ˆ

e0(0) = 2, α = 1.

Os resultados s˜ao apresentados na figura 3.12. Novamente, algoritmo α-MRAC mostra um comportamento transit´orio muito superior ao obtido pelo algoritmo MRAC, mesmo para um ganho de adapta¸c˜ao relativamente baixo γ = 10 (τ = 0.1).

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